Химическое закрепление грунтов

Для химического закрепления или силикатизации грунтов необ­ходимо, чтобы они были также достаточно проницаемы и допускали нагнетание растворов закрепляющих веществ. Основным из них является силикат натрия, или растворимое жидкое стекло Na ₂On Si0₂. Его разложение ведет к образованию геля кремниевой ки­слоты с последующим превращением в твердый остаток, который и является цементирующим веществом. Течение этого процесса под влиянием природных факторов совершается в грунте очень медленно. Для его ускорения применяют в качестве катализатора раствор

хлористого кальция.

В связи с применением для закрепления грунтов указанных двух растворов этот способ силикатизации называют двухрастворным.

Двухрастворный способ силикатизации грунтов впервые был

предложен в Англии в 1925 г. для закрепления рыхлых песков. Позднее начали его применять в Германии у нас он был разработан самостоятельно в 1930-1932 гг. коллективом специалистов под ру­ководством проф. Б. А. Ржаницына. Способ применим для закреп­ления песков при коэффициенте фильтрации от 2 до 80 м/сутки. Закрепленный грунт приобретает прочность в пределах 1,5 - 3МПа.

Для закрепления мелкозернистых и пылеватых песков с коэффициентом фильтрации 0,3-2,0 м/сутки был разработан однораст­ворный способ силикатизации. В нем раствор силиката натрия ис­пользуют с добавкой в качестве катализатора фосфорной кислоты. Закрепленный грунт приобретает связность и небольшую прочность порядка 0,3 – 0,6 МПа. Ввиду высокой стоимости фосфорной кислоты этот способ распространения не получил. Однако в настоящее время у нас найден дешевый ее заменитель из серной кислоты и сернокисло­го алюминия, что обеспечивает достаточно широкие возможности его применения на практике.

Если в грунте содержатся соли хлористого кальция, то можно применить лишь один раствор силиката натрия без каких-либо добавок. На этой основе профессор В. В. Аскалонов разработал и в 1949 г. применил однорастворный способ силикатизации лёссовых грунтов, богатых содержанием карбонатов, в целях устранения их просадочных свойств.

Силикатизация лёссовых грунтов возможна при коэффициенте фильтрации 0,1-2 м/сутки. Закрепленный грунт утрачивает просадочные свойства и приобретает прочность 1 – 3 МПа.

Растворы химических веществ вводят в грунт при помощи нагнетательных трубок - инъекторов, имеющих отверстия в нижней части их стенок. Погружают инъекторы посредством забивки, осу­ществляя ее заходками, несколько превышающими длину перфо­рированной их части, обычно равную 0,5-1,5 м. Нa глубине каж­дой заходки производят нагнетание закрепляющих веществ, используя насосы, специально изготовляемые для химического закреп­ления грунтов и обладающие производительностью 1-5 л/мин при давлении до 15 ат. При двухрастворном способе нагнетание силиката натрия ведут во время погружения инъектора. При обрат­ном его извлечении нагнетают хлористый кальций. В однораствор­ном способе операции по нагнетанию второго раствора отпадают.

При неоднородных грунтах в первую очередь закрепляют слои, обладающие большей проницаемостью. Степень разведения реакти­вов в воде назначают в зависимости от проницаемости грунтов, уточ­няя ее при опытных инъекциях. Радиус распространения нагнета­емых веществ в грунте колеблется в пределах 0,4-1,0 м, а глубина погружения инъекторов может достигать 15-20 м и более.

Двухрастворный способ силикатизации применялся для закреп­ления грунтов под фундаментами ряда зданий в связи со строитель­ством первой очереди Московского метрополитена (рис. 2.4.).

В дальнейшем его использование в строительных целях продолжало развиваться.

Обследование закрепленных грунтов под фундаментами Боль­шого театра в Москве и некоторыми другими зданиями, проведенное через 20 лет после окончания производства этих работ, показало хорошее их состояние. Полученная при закреплении прочность грунтов за этот срок не снизилась, а в некоторых случаях она даже несколько повысилась.

Однорастворная силикатизация без добавок коагулянта приме­нялась для закрепления лессовых грунтов в основании некоторых дымовых труб в Запорожье и под фундаментами цеха холодного волочения на Никопольском металлургическом заводе. В 1954­ - 1956 гг. она успешно была применена в Одессе для прекращения неравномерных осадок здания театра оперы и балета, которые про­должались в течение почти 50 лет.

Для небольших работ химическое закрепление грунтов мож­но произвести по способу смешения. Грунт перемешивают с раст­ворами закрепляющих веществ и укладывают с тщательным уплот­нением. Необходимую смесь готовят в таких количествах, чтобы работы по ее укладке были закончены до начала процесса твердения. В нужных случаях применяют добавки, замедляющие на некоторый срок начало реакции. Способом смешения пользуются при заделке старых заброшенных колодцев, различных ям и выходов ключей.

В зарубежной практике также расширяются работы по сили­катизации грунтов. В частности, в Лондоне при строительстве метрополитенов стали вместо замораживания применять их силика­тизацию.

В США и Японии кроме силикатизации находит применение для закрепления грунтов сумисойл - химический материал, получаемый на основе

акриламида. Сумисойл имеет вид бесцветного порошка, легко растворимого

Рис. 2.4. Химическое закрепление грунтов под существующим зданием в связи со строительством метро: М – тоннель метро; И – инъекторы.

в воде. Подготовленный раствор обладает низкой вязкостью и легко проникает в поры различных тонкозер­нистых песков и супесей, что определяет достаточно широкие возможности для их закрепления. Закрепление грунтов сумисойлом велось для прекращения осадок фундаментов, обеспечения устой­чивости откосов земляных выработок и в некоторых других случаях. По данным лабораторных испытаний прочность песка, закрепленно­го сумисойлом, на сжатие 0,4 – 0,5 МПа, но со временем она постепен­но увеличивается и может достигнуть даже 10 МПа.